Опубликовано:
Унифицированная методика исследования экологического состояния водоемов-охладителей тепловых и атомных электростанций // Региональная экология. 2000. №1-2. С.58-61.
Suzdaleva A. L. Unified method to study ecological state of cooling reservoirs of heat and atomic power stations // Journal "Regional ecology", Russian Academy of Sciences. 2000. N1-2. С.58-61.
Аннотация: Использование методики дает возможность исследовать экологическое состояние водоемов-охладителей АЭС и ТЭС как единого водного объекта. Экологический мониторинг, организованный на ее основе, позволяет оперативно отслеживать возникновение в водоемах-охладителях явлений различного генезиса, в т. ч. не связанных с работой электростанции.
Ключевые слова: АЭС, ТЭС, мониторинг водоемов-охладителей, водные массы водоемов-охладителей.
А. Л. СУЗДАЛЕВА
УНИФИЦИРОВАННАЯ МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ВОДОЕМОВ-ОХЛАДИТЕЛЕЙ ТЕПЛОВЫХ И АТОМНЫХ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ
Ценность научных исследований значительно возрастает, если результаты изучения отдельных объектов можно использовать для определения общих закономерностей, характерных для указанного типа водных систем в целом. Это возможно только в том случае, когда исследования проводятся по единой методике.
Разработка унифицированных методов исследования базируется на выявлении специфических особенностей объектов, позволяющих объединить их в одну категорию. Общей чертой водоемов-охладителей является не только сброс подогретых вод из системы охлаждения электростанции, но и сходство структуры водных масс. По своей гидрологической структуре водоем-охладитель – это водоем особого типа, существенно отличающийся от всех типов естественных водоемов [10]. Эта специфическая особенность и является основой предлагаемой методики.
Во многих случаях оценка экологического состояния водоемов-охладителей основывается на исследовании отдельных элементов окружающей среды (например, качественного и количественного состава различных групп водной биоты), которые могут быть изменены вследствие строительства и функционирования электростанции. Водоемы-охладители существуют в различных климатических зонах и могут отличаться по своим особенностям. Существуют как искусственно созданные для этой цели водные системы, так и в той или иной степени видоизмененные естественные водоемы. На практике каждый раз при работе на конкретном водоеме-охладителе создается отдельная программа исследований. В результате данные, полученные при изучении различных водоемов-охладителей, мало пригодны для выработки общей концепции их экологического мониторинга.
В связи с тем, что водоемы-охладители являются водными объектами особого типа, к ним далеко не во всех случаях применимы методы, традиционно используемые в гидробиологии при исследовании других водоемов (озер, водохранилищ и пр.). Возникает необходимость в разработке специального методологического подхода, который позволил бы получить информацию, пригодную для экологического мониторинга водоемов-охладителей различного типа вне зависимости от их происхождения и географического расположения. Указанным требованиям удовлетворяет метод, разработанный в ходе многолетних комплексных исследований водоемов-охладителей Курской и Калининской АЭС [8, 9]. Этот методологический подход был также успешно применен при работе на водоемах-охладителях Нововоронежской и Смоленской АЭС.
Взаимодействия в системе «водоем-охладитель – АЭС» носят сложный и многообразный характер [4, 6]. Эти взаимодействия включают также и процессы, обусловленные комплексом факторов, прямо не связанных с эксплуатацией ТЭС или АЭС. Кроме непосредственного влияния электростанции, которое подразумевает термическое, химическое и, в случае АЭС, радиационное воздействия, в водоем-охладитель поступает большое количество загрязняющих веществ с окружающей территории. Особенности эксплуатации водоемов-охладителей АЭС и то значение, которое они занимают в хозяйственно-бытовой и рекреационной жизни городов-энергетиков, также предъявляет к ним целый ряд требований.
Наиболее заметным изменением водной среды в результате воздействия работы электростанции является увеличение температуры воды. Поэтому в первых исследованиях, посвященных экологии водоемов-охладителей, как правило, влияние энергетических объектов изучалось лишь на участках, непосредственно испытывающих влияние сброса подогретых вод. Впоследствии в водоемах-охладителях было выделено несколько зон, границы которых также в основном определялись по градиенту температуры (сильно подогреваемые, слабо подогреваемые, неподогреваемые). Однако повышение температуры воды носит кратковременный характер. На относительно небольшом расстоянии от сброса температура воды достаточно часто, особенно в летнее время, не превышает естественного уровня. В тех случаях, когда исследование водоема-охладителя проводится путем сравнения биоценозов подогреваемых и неподогреваемых участков, в категорию последних попадают как части акватории, воды которых не испытывают прямого воздействия работы электростанции, так и участки, занятые сбросными водами, успевшими остыть по мере удаления от сброса.
Следует особо подчеркнуть, что при прохождении через агрегаты системы охлаждения и другие технические узлы изменяется не только температура, но и химический состав водной среды [4]. Поэтому полученные таким образом данные на водоемах-охладителях разной конфигурации могут существенно отличаться. Кроме того, в водоемах-охладителях присутствуют аллохтонные воды, поступающие из источников водоснабжения для компенсации испарения. В большинстве случаев для этой цели используются близлежащие естественные водотоки. Их гидрохимический состав (в том числе наличие загрязнителей) и планктон формируются под воздействием иных факторов, чем в водоеме-охладителе. Недоучет этого обстоятельства при обработке материала может исказить результаты исследования.
В настоящее время в экологических исследованиях водоемов преобладает так называемый системный подход, основанный на заключении, что любой водоем представляет собой единую экосистему, в которой значительное воздействие в одной из частей приводит к изменению всей экосистемы в целом. Объектом экологического мониторинга может быть только весь водоем-охладитель, а не отдельные части его акватории. С этой точки зрения оценка экологического состояния водоема-охладителя и выявление основных тенденций в развитии его экосистемы требует решения следующих задач. Во-первых, необходимо определить характер изменений в водной массе во время прохождения через агрегаты систем охлаждения и оценить качество водной среды на сбросе АЭС. Во-вторых, составной частью экологических исследований на водоемах-охладителях должно являться изучение степени и характера влияния поступающих сбросных вод на гидрологию, гидрохимический режим и биоту в различных участках акватории водоема. В-третьих, поскольку в большинстве случаев водоемы-охладители являются относительно крупными водоемами многоцелевого использования, при проведении экологического мониторинга важно определить влияние всех других видов человеческой деятельности, так или иначе воздействующих на их экосистемы.
В соответствии с указанными задачами предлагаемая программа предусматривает четыре блока экологических исследований, дающих хорошо сопоставимые результаты при работе на водоемах-охладителях различного типа.
Блок 1. Определение изменений в среде при прохождении через систему охлаждения АЭС. Этот блок программы включает исследования различных аспектов трансформации абиотических и биотических параметров водной массы при прохождении через агрегаты системы-охлаждения АЭС. Причем эти изменения происходят не только вследствие работы АЭС (увеличение температуры, кавитация, перепад давления, массовая гибель планктонных организмов и др.), но и в результате процессов жизнедеятельности сообщества перифитона, возникающего в ходе эксплуатации систем охлаждения. В частности, именно это в значительной мере обусловливает резкое увеличение численности бактериопланктона и особенно сапрофитных бактерий в сбросных водах АЭС по сравнению с водами на водозаборе [7, 12].
Блок 2. Исследование распространения трансформированных в системе охлаждения вод по акватории водоема-охладителя. Выполнение этого блока программы основывается на изучении гидрологической структуры водоема-охладителя, определяемой характером взаимного расположения составляющих его водных масс, отличающихся по своим параметрам. В большинстве случаев в любом достаточно крупном естественном водоеме весь объем также разделяется на несколько водных масс.
Многолетние исследования, проведенные на водоемах-охладителях различных типов, показали, что несмотря на местные особенности в них всегда существует несколько аналогичных водных масс. Во-первых, это воды, прошедшие через системы охлаждения АЭС и трансформированные в ней. Границы этой водной массы, как правило, далеко выходят за пределы подогреваемой зоны. При этом различные аспекты воздействия на водную среду агрегатов систем охлаждения электростанции могут проявляться и на значительном удалении от сброса. При оборотной системе водоснабжения эта водная масса занимает всю область циркуляционного течения. В случае прямоточной системы водоснабжения — это зона, включающая все точки акватории, в которых более или менее постоянно фиксируется присутствие сбросных вод. Например, по изменению физико-химических параметров водной среды или наличию в ней планктонных организмов с характерными травмами.
Практически во всех водоемах-охладителях существуют и участки, воды которых не вовлекаются в систему охлаждения электростанции. Как правило, они располагаются по периферии водоема-охладителя. Условия жизни гидробионтов в этих водных массах в основном определяются теми же факторами, что и в водоемах с естественным температурным режимом. При проведении экологического мониторинга исследование этих участков также необходимо. Расположенные в их пределах водные биоценозы часто даже в большей степени, чем районы сброса термальных вод, подвержены различным воздействиям, вызванным строительством и функционированием электростанции, но непосредственно не связанным с работой ее узлов. Например, это практически всегда наблюдающееся увеличение уровня загрязненности прибрежных частей водоема, обусловленное урбанизацией региона при строительстве крупного энергетического объекта.
В некоторых случаях в придонных слоях образуется еще одна водная масса. Это происходит, когда теплые воды циркуляционного течения, двигаясь в поверхностном слое водоема, в той или иной мере изолируют лежащие под ними в углублениях дна глубинные воды [2, 11]. Следует подчеркнуть отличительную черту этой водной массы от гиполимниона стратифицированных в летний период водоемов умеренного пояса: продолжительность сезонной конвекции на этих участках значительно сокращается или полностью отсутствует. В водоеме-охладителе, в целом характеризующемся высокой динамичностью вод, образуется меромиктический участок. Причем этот вид меромиксии весьма своеобразен. Главная его особенность – неподвижный, в общем-то классический монимолимнион и постоянно перемещающийся в одном направлении (текучий) миксолимнион.
Третья группа водных масс формируется на участках, прилегающих к источникам водоснабжения водоемов-охладителей. В некоторых случаях уровень загрязненности этих водных масс может быть существенно выше, чем в других частях водоема-охладителя. Иногда это не связано с функционированием электростанции, а является следствием загрязненности водотока, использующегося для подпитки водоема-охладителя [3].
Блок 3. Исследование воздействия на экосистему водоема-охладителя различных видов человеческой деятельности, непосредственно не связанных работой технических узлов электростанции. Сооружение атомной станции не* минуемо влечет за собой урбанизацию региона: строительство новых жилых массивов, проведение сетей коммуникаций и т. д. Кроме того, как правило, в этой же местности располагаются и другие промышленные предприятия и населенные пункты. При проведении экологического мониторинга этот фактор должен обязательно учитываться. Надо иметь в виду, что влияние различных хозяйственных и бытовых объектов на характеристики водной среды часто проявляется в комплексе с непосредственным влиянием работы АЭС. Например, в экосистемах исследованных водоемов-охладителей Курской и Калининской АЭС в районах сброса подогретых вод постоянно отмечалась высокая численность бактерий группы кишечной палочки.
Это обусловлено не только загрязнением от близлежащих производственных и жилых массивов, но и явлением "вторичного роста" условно-патогенных микроорганизмов, находящих в районах сброса подогретых вод благоприятные условия для своего размножения [7, 12].
Повышение температуры водной среды усиливает эффекты воздействия многих токсикантов [1]. В связи с этим природоохранные нормативы, установленные для естественных водоемов, не могут механически использоваться при работе на водоемах-охладителях.
Учет специфики гидрологической структуры водоемов-охладителей необходим при определении источников их загрязнения и при оценке их мощности. Постоянное течение, образующееся в результате сброса вод из системы охлаждения, приводит к перераспределению загрязнителей по значительной части акватории. В местах поступления сточных вод уровень загрязненности может не отличаться от соседних участков. Однако это никоим образом не свидетельствует об отсутствии загрязнения. В этих случаях загрязнители, более равномерно распределяясь в пространстве, маскируют свой источник [5].
Блок 4. Исследование качества воды в источниках подпитки водоема-охладителя. Источники водоснабжения иногда являются одним из путей загрязнения водоема-охладителя. Для оценки воздействия собственно АЭС необходимо проведение экологического мониторинга и на этих водотоках. Помимо этого результаты выполнения указанного блока программы позволяют оценить воздействие строительства и функционирования электростанции на экологию водосборного бассейна.
Кратко основные положения и преимущества предлагаемой методики можно сформулировать следующим образом:
1.Методика базируется на положении, что все водоемы-охладители независимо от их происхождения и географического положения обладают специфической гидрологической структурой. Это позволяет рассматривать их как отдельную самостоятельную категорию водных объектов.
2.Унифицированная методика позволяет получить результаты, более пригодные для создания общей концепции экологического мониторинга водоемов-охладителей.
3.Методика предусматривает не только исследование воздействия на водные экосистемы функционирования ТЭС или АЭС, но и определение всех видов деятельности, так или иначе способных повлиять на качество водной среды. Только учет специфики гидрологической структуры водоемов-охладителей делает возможным исследование всех видов антропогенного воздействия в едином комплексе и позволяет получить адекватную информацию об экологическом состоянии этих водных объектов.
ЛИТЕРАТУРА
1. , Кузьменко -токсикологические аспекты проектирования и эксплуатации атомных станций // 5-я Всесоюз. конф. по водной токсикологии: Тез. докл. М., 1988. С. 11.
2.-Р. Гидротермический режим водохранилищ-охладителей. Вильнюс: Мокслас, 1985. 166 с.
3.Кошелева гидрохимического режима // Гидробиология водоемов-охладителей тепловых и атомных электростанций Украины. Киев: Наук. думка, 1991. С. 24-48.
4.Мордухай-Болтовской влияния тепловых и атомных электростанций на гидробиологический режим водоемов // Экология организмов водохранилищ-охладителей: Тр. Ин-та биол. внутр. вод. Вып. 27 (30). Л.: Наука. 1975. С. 7-69.
5., Суздалева A. Л. Влияние садкового рыбного хозяйства на численность сапрофитных микроорганизмов в бактериопланктоне водоемов-охладителей АЭС // Проблемы биотехнологии. М.: Изд-во МГУ, 1997. С. 22.
6.Протасов и инженерные аспекты управления качеством воды в водоемах-охладителях и снижение отрицательного влияния внутриводоемных процессов на работу электростанций // Гидробиология водоемов-охладителей тепловых и атомных электростанций Украины. Киев: Наук. думка. 1991. С. 175-184.
7.Суздалева водоемов-охладителей Курской и Калининской АЭС: Автореф. дис. ... канд. биол. наук. М.: Изд-во МГУ. 1996. 24 с.
8. Об организации экологического мониторинга на водоемах-охладителях атомных электростанций // Мониторинг и оптимизация природопользования: Тез. докл. междунар. симп., Москва-Селигер. М,, 1996. С. 105-107.
9.Суздалева методика исследования экологического состояния водоема-охладителя АЭС // Экология и развитие Северо-Запада России: Тез. докл. 3-й междунар. конф. СПб., 1998. С. 280-281.
10., Безносов гидрологической структуры и сукцессия биоценозов при их превращении в водоемы-охладители // Экология и развитие Северо-Запада России: Тез. докл. 3-й междунар. конф. СПб., 1998. С. 229.
11., Безносов последствия изменения режима стратификации озера Удомля (водоем-охладитель Калининской АЭС) // Проблемы региональной геоэкологии. Тверь: Изд-во Тверского гос. ун-та, 1999. С. 46-47.
12. , Побединский результаты исследования распределения бактериопланктона в водоеме-охладителе Курской АЭС // Экология регионов атомных станций. Вып. 5. М.: Атомэнергопроект, 1996. С. 84-100.
